为进一步分析艾里光在光通信中的可行性, 以艾里光为载波, 研究了弱湍流下基于对数正态分布湍流信道模型的自由空间光(FSO)通信系统的平均误码率、中断概率及平均信道容量, 与相同湍流条件和传输距离下以高斯光为载波的FSO通信系统性能进行了对比, 同时讨论了艾里光自身的光束宽度、指数截断因子及传输距离对系统性能的影响。仿真结果表明, 在湍流条件及传输距离相同时, 基于艾里光的FSO通信系统的性能明显优于基于高斯光的FSO通信系统性能, 且随着平均信噪比的增加, 以艾里光为载波的链路性能优势体现更为显著。

采用Log-normal分布模拟海洋弱湍流信道,接收机采用等增益合并方式,在考虑雪崩光电二极管(APD)散粒噪声、信道衰减、几何损耗、Log-normal湍流和孔径平均因子等链路条件下,从理论上推导了水下无线光通信多输入多输出系统平均误码率和信道平均容量的上界表达式,并定量分析讨论了不同链路参数对系统平均误码率和信道平均容量的影响。数值结果表明,采用调制指数合适的正交幅度调制方式以及较大的天线数、接收孔径、发射光功率,均有助于提升系统性能。

针对自由空间光通信下大气湍流引起极化码译码中错误比特难以定位的问题,提出一种自由空间光通信下的LSTM-SCFlips译码方法。首先将极化码串行抵消(SC)译码的对数似然比(LLR)信息序列进行one-hot预编码处理,在不同训练步长下,分析与学习极化码对数似然比信息序列的特征,综合考虑神经预测模型的均方根误差和计算复杂度,选取合适的训练步长,在提升预测结果精确度的基础上,进一步消除预测结果过拟合的现象。通过长短时记忆(LSTM)神经网络模型定位SC译码的第一个错误位时,按错误概率大小排序,依次进行SC译码算法的单比特或多比特翻转。仿真结果表明,在不同的大气弱湍流强度下,自由空间光通信下的LSTM-SCFlips译码方法在以牺牲少量计算资源为前提的情况下能更好地识别最优翻转位,降低计算复杂度,同时获得更好的误码率性能。当误码率为10 ^-4时,LSTM-SCFlips译码方法最优翻转位的正确识别率被提高7个百分点,且产生了0.3 dB~1.2 dB的编码增益。

为了研究光强闪烁对发光二极管(LED)可见光通信的影响, 基于空间非相干单色LED光源, 理论研究弱湍流下可见光通信的信道传输特性, 推导出单色LED可见光通信系统光强闪烁系数的闭合表达式, 对比分析了不同因素下LED、激光可见光通信的系统特性。仿真结果表明: 弱湍流下LED可见光通信光强闪烁系数比激光可见光通信的闪烁系数更小, 因湍流扰动引起的系统误码率也更低; 此外, 随着光强闪烁系数和平均发射光功率的不断增大, 受湍流影响的LED、激光可见光通信系统之间的误码率差距也逐渐增大。

针对无线光通信中极化码构造复杂度高的问题,提出一种适用于大气弱湍流信道的具有更低编码复杂度的湍流偏序构造法。将通用偏序技术引入到大气弱湍流信道中,利用蒙特卡罗法仿真确定弱湍流下子信道的关系,并将其与极化权重公式相结合,推导出最佳的参数值。仿真结果表明,在不同大气湍流强度下,湍流偏序法在低码率下可获得与蒙特卡罗法相同的误码性能,且在高码率下仍具有近似于蒙特卡罗法的性能,在误码率为10 -4下只产生0.07 dB~0.2 dB的损耗,有利于提高系统的传输效率,为极化码与无线光通信的高效结合提供了解决方案。

研究了一种用于大气激光通信自适应调制编码技术中的模式选择阈值的选取算法。分析了大气弱湍流信道性能, 并对高斯信道中阈值选取算法进行修正, 提出了一种信噪比-湍流强度选择方法来确定阈值区域模式, 并给出了阈值选取方程。分析了湍流强度分别为0, 0.1, 0.2, 0.3时3种传输模式下自适应调制编码系统的误码率, 得到了最大误码率为10-4的条件下3种模式选择的信噪比与湍流强度阈值区域的对应关系。仿真结果表明, 所提方法可行且能够准确地进行模式选择。

大气湍流是自由空间光通信链路系统的主要限制因素。大气湍流造成光束的强度闪烁和相位起伏。因此，基于MZI-DPSK调制,考虑大、小湍流尺度引起的强度闪烁和相位噪声对误码率的影响且强度闪烁满足逆高斯分布和相位波动满足高斯分布。利用分布式天线阵接收技术，研究了大气湍流下自由空间光通信链路的误码率性能，推导了在内外尺度下，分布式天线阵接收的误码率关于相位误差的函数表达式。为了提高误码率的性能，天线阵接收采用了最大比合并技术。仿真结果得出相位误差对误码率的影响很大；内外尺度对误码率的影响可以忽略不计。采用天线阵接收可以降低系统的误码率，提高通信系统的性能，且得出天线阵接收的最佳子天线个数。

为了克服大气湍流所造成的信道衰落效应, 分析了在弱湍流信道模型下基于强度检测脉冲位置调制方式的自由空间光通信空间(FSO)分集接收系统模型, 推导了无分集系统的误时隙率计算公式。然后以此作为参考, 在独立同分布的情况下, 采用数值仿真的方法, 分别对比分析了最大比合并(MRC)、等增益合并(EGC)和选择性合并(SC)的误时隙率性能。结果表明, 3种合并技术中, 误时隙率性能改善最优的是MRC, 其次是EGC, 而SC的改善性能最差, 但是SC实现相对容易。利用分集接收合并技术可以有效改善FSO系统的性能, 并且具有较好的抗大气信道衰落能力, 在无线光通信中将有一定的应用前景。

分析了在弱湍流信道模型下基于开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)方式的多输入多输出自由空间光 (MIMO-FSO) 通信系统模型。首先推导了各调制方式下单输入单输出(SISO)系统的误时隙率(SER)计算公式, 以此作为参考, 在独立同分布的条件下, 推导出MIMO-FSO系统的平均SER计算公式, 并用数值仿真的方法, 分析了它们的平均SER性能。仿真结果表明, 在弱湍流信道模型下, PPM可获得最好的SER性能, 采用MIMO方法能有效提高FSO系统的平均SER性能。

研究了弱湍流条件下星地光通信链路的衰落概率、平均衰落次数以及平均衰落时间3个重要参数的统计特性，并通过数值仿真分析了链路天顶角、光波长以及接收机海拔高度对链路衰落特性的影响。结果表明：减小天顶角和提高接收机探测灵敏度可以改善链路的衰落特性；1.55 μm激光较0.85 μm、1.06 μm激光更适合于星地光通信；地面接收机应尽量建在2 000 m以上的高海拔地区。